为部署下一代高效数据中心加速：密度规划有了新办法

常用的办法为提前规划电源和制冷基础设施，以便支持预先定义的功率密度。这样做好处是，预先安装设备可 确保在以后进行 IT 部署时，不需要在已运行的数据中心中再做主干电源的部署。但是，这个方法还存在多个不利的影响，包括：

当以后的 IT 密度超过电源和制冷基础设施的密度时，更改或进行重新部署是很困难的

当以后的 IT 密度低于电源和制冷基础设施密度时，必然会造成主要基础设施投资的浪费

基础设施从来没有扩展，或由于某些规定或其他商业问题而导致在另一个位置进行了扩展，因此造成主要基础设施投资的浪费

近期内数据中心的负载远远低于电源和制冷基础设施的额定容量，导致电气效率的显著降低和不必要的大量电费花费

提前安装目前不需要的电源和制冷基础设施，造成不必要的设备资金支出和维护合同成本

有效的密度指定模式可以通过将电源和制冷基础设施定制为模块化的大小可调的设计和实施方法来避免以上这 些问题。实施这种架构时要求预先安装主供电配电线路，如行或区域范围内使用的电源设备和制冷设备。昂贵 的电源和制冷基础设施的安装则需要延后，如 UPS 系统、PDU、机架、行内的配电设备、空调及空气分配设备。区域或行内支持的具体密度将在延期后具体部署时确定，并且电源和制冷基础设施将按行部署或以行为基 础来部署。APC InfraStruXure 系统是此类结构的实际示例。

这个讨论引出了建议密度规范方法的另一个主要因素：需要在将来部署的数据中心行或区域进行规划时，应 充分考虑在最坏情况下的最大密度值，并要求主要的电线和管线应当预先安装并支持此密度；但是对这些行 的实际电源和制冷设备的选择应当延后到确定了部署密度和规划之后再进行。这样，电源和制冷设施的主要 成本将控制在实际应用的合理范围内，并且在需要的位置和时间进行部署。这样就可以大大减少资金投入和操 作成本，建造更具有能源效率的数据中心。

模式

现在可以建构一种功率密度规范模式来满足前面所述的要求，并解决实际操作中的约束和限制问题。

该模式包含下列关键因素：创建的数据中心物理布局以成行的机架或机柜为基础

对于每一行，要求达到表 1 所示的数据

表 1 — 机架范围内要求的数据

对于要在以后部署的行，应当指定最有可能出现的平均和最高机架功率，在实际部署之前降低这些值只会对规模过大的主要电源布线和管线系统产生非常小的影响

从上述信息中，可以计算出表 2 所示的数据

表 2 — 计算得到的密度数据

使用这个方法来定义密度的最复杂的问题就是机架位置的确定，这是部署电源和制冷基础设施必须要解决的问题，如不确定则会产生 IT 设备无法使用的情况。1 个机架位置被电源和制冷基础设施所占用，合理的密度估 算参考值为每个 IT 负载 15 kW。根据从现有的 1N 和 2N 数据中心安装中得到的经验，这个参考值的得出包括了电源和制冷设备和相应的空间要求。精确值将取决于选择的电源和制冷基础设施、机房限制和系统供应商提供的指导原则。以 APC InfraStruXure 数据中心系统为例，可以使用 APC 提供的计算机辅助设计工具，对每个房间设计进行计算。

使用操作指南

使用已说明的模式来指定密度规范并不能保证得到最佳的机房设计。用户对机房布局的选择、对机房本身的设计以及用户对密度要求的估计都可能影响最终安装的效果。但是，使用这种模式可得到很多的好处，包括：

和其他一般用过的规范方法相比，它可提供更完全和更精确的数据中心密度说明

按照此规范建造数据中心具有更多可预见的性能

该模式非常具体，因而各种成本（包括资金投入和操作成本）都可以快速估算，进而可以加快设计周期并对替换情况进行分析

支持调整数据中心部署规模的模块化系统，由此可显著提高电气效率并降低 TCO 。

对于所说明的密度规范方法的实际应用还包括：

比较替换数据中心地点或机房位置的 TCO

估算在规划中或现有的数据中心中增加密度的成本

提供可让 IT 用户易于理解的可清楚确定密度预期要求的规范，以便 IT 用户、数据中心操作员以及数据中心供应商可以确定相同的预期要求

在计算机辅助数据中心设计工具中实施密度规范方法可以加速自动化规范和设计的流程。

数据中心规范示例

下面以示例说明如何使用规范模式来设计实际的数据中心。在这个示例中，首先必须提供一个机房，必须在机 房中确定所有 UPS、配电和冷却系统的位，由于净空限制，没有高架地板。将要部署的各种网络设备包括刀片式服务器、机架安装式服务器、存储设备和网络设备。将刀片式服务器放置在一起，不要分散摆放。根据估算，当前的要求是填满机房空间的一半。机房保留的剩余空间的部署密度将超过目前部署密度的 20%，其容 量至少可以支持 3 个刀片式服务器机架，据估测每个机架的功率为 25 kW。可用性要求主要针对非冗余电源 和制冷系统。

图3 显示机房的大致轮廓，其中包含建议的机架布局，整个机房共有 41 个机架位置。根据说明，第 1、2 和3 行将会立即完成部署，而第 4、5、6 和 7 行将在以后进行部署。对目前规划的部署进行审视可以指定行中 诸如电力设备等的位置以减少行内的峰值/均值比，并分配位置以便按照要求在第 2 行将刀片式服务器摆放在 一起。第 1、2、3 行机架范围的规范已经写入表 4。

图 3 — 建议的数据中心平面图布局，含建议的机架布局
（APC InfraStruXure Build-Out Tool 软件中的图像）

表 4 — 建议的数据中心行密度数据

从这些信息可以计算出第一次部署的平均密度为，每机架 (2×7+ 5×7+ 3×7) / 21 = 3.3 kW。如果其他行的规划密度超出 20%（尚未指定这些行的详细部署），则可计算出整体数据中心平均密度为，每机架 (2×7+ 5×7+3×7+ 4×5+ 4×5 + 4×5+ 4×5) / 41 = 3.7 kW。给以后未定的行指定较高的峰值密度 15 kW，将在以后对这些行 进行设计和变更时享受极大的灵活性。表 4 说明第 4、5、6 和 7 行的未来规范。在以后的行中应用较高峰值 的唯一结果是限制主要制冷和电源设备的规模。

使用图 1 对电源和制冷设备最后占用空间的首次估算为，机架密度为 3.7 kW 时保留 30%，相当于 13 个机架（30% × 41 机架）。从这一点来看，根据密度规范，最终可用的 IT 机架为 70%，即 28 个机架。

建议的服务器的密度规范在表 4 中表述，表 5 显示了计算值。

表 5 — 建议的数据中心机房范围计算值

接下来的步骤是根据设备和系统设计的性质，建立电源和制冷设备的实际位置。这个过程由具体设备的复杂算 法模式、优化规则和客户的偏好习惯而定。针对不同的电源和制冷设备供应商，这个过程也各不相同，因此这 里不再详述。理想状况下，在最初的部署中，只设计必需的电源和制冷设备，但在实际安装中却需要包含和实 施在将来规划的电源和制冷设备，以部分满足指定的将来部署规划。例如，在部署的第一阶段确保主要电源布 线和冷却管线已预装在将来的机架中。请注意，尽管目前为以后的行指定了机架密度的平均值和峰值，但是这 些值可以在将来实际进行部署之前随时更改，只要整个区域的总功率不超过目前规划的值。